细胞迁移像熔化的玻璃

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  科學家通过对单个和集群细胞研究发现,组织的迁移很像是胶状玻璃。美国哈佛大学工程与应用科学院和弗罗里达州大学的这项研究进一步提高了科学家对伤口愈合、癌症转移和胚胎发育的认识。研究结果发表在14日的美国《国家科学院学报》网络版上。
  细胞经常从身体的一个部位运动到另一个部位。例如,在胚胎发育过程中,三个胚层的细胞不得不从空间上安排自己的位置,以便将要成为皮肤的细胞都处在外侧。相似情况下,癌症在发展过程中癌细胞增殖并把其它细胞推到一边。伤口愈合也是如此,新的细胞需要移动进来替换受损细胞。
  众所周知,细胞完成这些运动需要通过内部的细胞骨架重新安排来让它们伸缩和分化。然而,细胞在迁移到一定位置时会适应这里并停止迁移。“我们试图从一个基本观点上认识这一现象。”主要研究人员大卫•韦茨说。“我们想知道的是迁移为什么会停止。”
  我们这里讨论的玻璃不是用在窗户上的那一种,是一个大的范畴。玻璃包括任何无非晶体物质,有时依然是固体,但有时是流动的。奶油经过搅拌会经历玻璃式的转变成为奶酪,它会在脂肪乳颗粒密度增加时变成固体。像任何玻璃一样,奶酪在温度升高时将会失去它的形状。随着变冷,流体和胶体(像奶油)会变得更稠密,接近玻璃的转化,里面的颗粒显示出一定的运动特征。“我们扩大一下研究,”韦茨说,“我们取来一些粒子并逐渐增加它们的浓度,直到它们停止运动并变成玻璃。我们对种现象非常了解。”
  活的细胞为系统增添了许多复杂的程度:它们大小不同,形状不同,坚韧度也不同;它们会分化;它们对环境有感觉;它们尽自己最大能力作用于周围环境。“在这次对组织研究中最令我们感到惊讶的是,那些无活性粒子在浓度增加时所表现出的特征细胞同样也具备。本质区别在于,粒子的活动只是因为热而运动,而细胞的运动是靠自己。”
  为了模仿研究活组织的迁移,研究人员将上千个上皮细胞(狗的肾细胞)放到含有胶原蛋白的聚丙烯酰胺凝胶上。研究人员在显微镜下观察这些细胞的生长和运动,同时测量单个细胞的群体细胞的运动以及因增殖而引起的密度改变。研究人员发现,当这些细胞融合在一起时(意味着细胞密切接触),它们会像液体一样流动。但是,当细胞密度增加到一定阈值时,紧紧靠在一起的细胞会阻止相互间的运动。结果是,有些细胞能够在细胞群间移动,而有些细胞根本就不能活动。换句话说,这些细胞就像冷冻的液体或胶体转变成了玻璃。
  “其中所包含的生物过程非常令人惊讶。”研究人员托马斯E•安杰利尼说。“想象一个伤口模型,有大量的细胞从融合层中间迁移进来填补空缺。”他说。“我们的结果证明,伤口中间的细胞低密度类似于在分子状态玻璃中间升起的温度,引起这些分子流向热的区域。可以说,伤口是熔化了的玻璃。
  
  (每日科学)
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